KR102268712B1 - 자동 초점 이미지 센서 및 이를 포함하는 디지털 영상 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동 초점 이미지 센서 및 이를 포함하는 디지털 영상 처리 장치를 제공한다. 이 자동 초점 이미지 센서는 위상차를 검출하는데 사용되는 적어도 하나의 제 1 화소와 이미지를 검출하는데 사용되는 적어도 하나의 제 2 화소를 포함하는 기판; 상기 기판 내에 배치되어 상기 제 1 화소와 상기 제 2 화소를 분리시키는 깊은 소자분리부; 및 적어도 상기 제 1 화소에서 상기 기판 상에 배치되며, 상기 제 2 화소에 입사되는 광량보다 작은 광량이 입사되도록 광량을 조절하는 차광 패턴을 포함한다.
Description
본 발명은 자동 초점 이미지 센서 및 이를 포함하는 디지털 영상 처리 장치에 관한 것이다.
카메라와 같은 디지털 영상 처리 장치에서는, 자동초점 조절을 실현하기 위해, 촬영 렌즈의 초점 조절 상태를 검출할 필요가 있다. 이를 위해, 종래의 디지털 영상 처리 장치는 이미지 센서와는 별개로 초점 검출만을 위한 소자를 포함하였다. 그러나, 이 경우, 초점 검출 소자나 초점 검출 소자로 빛을 모으는 별도의 광학 렌즈 등을 제조하기 위해 비용이 추가로 증대되거나 초점 검출 소자에 의해 전체 장치 크기가 커지는 문제가 발생하였다. 이를 해결하기 위해 위상차를 검출하는 방식을 이용하여 자동 초점 이미지 센서가 개발되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선명한 화질을 구현할 수 있는 자동 초점 이미지 센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 선명한 화질을 구현할 수 있는 디지털 영상 처리 장치를 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 자동 초점(Auto-focus) 이미지 센서는, 위상차를 검출하는데 사용되는 적어도 하나의 제 1 화소와 이미지를 검출하는데 사용되는 적어도 하나의 제 2 화소를 포함하는 기판; 상기 기판 내에 배치되어 상기 제 1 화소와 상기 제 2 화소를 분리시키는 깊은 소자분리부; 및 적어도 상기 제 1 화소에서 상기 기판 상에 배치되며, 상기 제 2 화소에 입사되는 광량보다 작은 광량이 입사되도록 광량을 조절하는 차광 패턴을 포함하되, 상기 기판은 게이트 전극이 배치되는 제 1 면과 상기 제 1 면과 대향되는 제 2 면을 포함하며, 상기 깊은 소자분리부는 적어도 상기 제 2 면에 인접한다.
일 예에 있어서, 빛은 상기 제 1 면을 통해 입사되며, 상기 차광 패턴은 상기 제 1 면 상에 배치되며, 상기 제 1 화소로부터 발생된 전하를 전송하기 위한 배선으로 사용될 수 있다. 이때 상기 이미지 센서는, 상기 제 2 화소에서 상기 제 1 면 상에 배치되며 상기 제 2 화소로부터 발생된 전하를 전송하기 위한 배선을 더 포함하되, 상기 차광 패턴은 상기 배선과 같은 높이에 배치될 수 있다. 상기 차광 패턴은 상기 배선보다 넓은 폭을 가질 수 있다.
다른 예에 있어서, 빛은 상기 제 2 면을 통해 입사되며, 상기 차광 패턴은 상기 제 2 면 상에 배치될 수 있다. 상기 깊은 소자분리부는 그물망 구조를 가질 수 있으며, 상기 차광 패턴은 상기 소자분리부와 평면적으로 중첩되는 그물망 구조를 가지며 상기 제 2 화소에서보다 상기 제 1 화소에서 보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 이때 상기 차광 패턴에 접지 전압 또는 기준 전압이 인가될 수 있다.
상기 깊은 소자분리부는, 상기 기판을 관통하여 상기 제 1 면과 상기 제 2 면을 연결할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 깊은 소자분리부는 매립 절연막과 상기 매립 절연막 내부에 배치되는 폴리실리콘 패턴을 포함할 수 있다.
다른 예에 있어서, 상기 깊은 소자분리부는 매립 절연막; 및 상기 매립 절연막과 상기 기판 사이에 개재되는 고정전하막을 포함할 수 있다.
상기 고정 전하막과 상기 매립 절연막은 상기 제 2 면 상으로 연장되며, 상기 고정 전하막은 상기 제 2 면과 접할 수 있다.
상기 고정 전하막은 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 및 란타노이드를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 금속 산화물(metal oxide) 또는 금속 불화물(metal fluoride)로 이루어질 수 있다.
상기 깊은 소자분리부는 상기 매립 절연막을 사이에 두고 상기 고정 전하막과 이격된 갭필 보조막을 더 포함할 수 있다.
또 다른 예에 있어서, 상기 깊은 소자분리부는 상기 기판의 측면과 접하는 고정 전하막과 상기 고정 전하막의 측면을 노출시키는 에어 갭 영역을 포함할 수 있다.
또 다른 예에 있어서, 상기 깊은 소자분리부는, 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 면으로 향하는 제 1 트렌치 안에 배치되는 폴리실리콘 패턴; 상기 제 1 트렌치 안에서 상기 폴리실리콘 패턴의 양 측면과 접하는 제 1 매립 절연막; 상기 제 2 면으로부터 상기 제 1 면으로 향하며 상기 제 1 트렌치와 중첩되는 제 2 트렌치 안에 배치되며 상기 제 제 1 매립 절연막과 상기 폴리실리콘 패턴과 동시에 접하며 상기 제 2 트렌치의 내벽을 덮는 고정 전하막; 및 상기 제 2 트렌치를 채우는 제 2 매립 절연막을 포함할 수 있다.
상기 깊은 소자분리부는 상기 제 1 면에 인접하는 제 1 깊은 소자분리부와 상기 제 2 면에 인접하며 상기 제 1 깊은 소자분리부와 접하는 제 2 깊은 소자분리부를 포함할 수 있다.
상기 센서는, 상기 제 2 면에 배치되는 고정 전하막을 더 포함할 수 있다.
상기 센서는, 상기 제 1 면에 배치되며 활성 영역을 정의하는 얕은 소자분리부; 및 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면에 배치되는 칼라필터 및 마이크로 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 화소 상에 배치되는 칼라필터는 안료를 포함하지 않을 수 있다.
상기 센서는, 상기 제 1 화소의 기판에 접지전압을 인가하며 상기 제 1 화소의 상기 제 1 면에 배치되는 제 1 접지 영역; 및 상기 제 2 화소의 기판에 접지전압을 인가하며 상기 제 2 화소의 상기 제 1 면에 배치되는 제 2 접지 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 영상 처리 장치는 상기 자동 초점 이미지 센서; 상기 자동 초점 이미지 센서로 빛을 입사시키는 광학계; 및 상기 제 1 화소로부터 검출된 위상차를 이용하여 상기 광학계의 초점을 조절하는 초점 조절부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 자동 초점 이미지 센서는 화소들이 깊은 소자분리부에 의해 서로 분리되어 이웃하는 화소들 간의 크로스토크등을 방지할 수 있다. 또한 상기 센서는 적어도 기판의 일면과 접하는 음의 고정전하막을 포함하여 주변에 정공의 축적(hole accumulation)이 발생할 수 있다. 이로써 암전류의 발생 및 화이트 스팟(white spot)을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
상기 깊은 소자분리막 내에 폴리실리콘 패턴이 배치되고, 상기 폴리실리콘 패턴은 기판을 이루는 실리콘과 거의 같은 열팽창률을 가지므로, 물질들의 열 팽창률 차이에 의해 발생되는 물리적 스트레스를 줄일 수 있다.
따라서 본 발명은 선명한 화질을 구현할 수 있는 자동 초점 이미지 센서 및 디지털 영상 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 디지털 영상 처리 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 2는 도 1의 자동 초점 이미지 센서를 이용한 위상차이 화소의 AF 원리를 설명하는 도면이다.
도 3a는 초점이 맞지 않는 경우 AF 화소들의 출력값들의 위상을 보여주는 그래프이다.
도 3b는 초점이 맞은 경우 AF 화소들의 출력값들의 위상을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 회로도이다.
도 5a는 본 발명의 일 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 화소 영역의 일부를 개략적으로 나타내는 레이아웃이다.
도 5b 및 도 5c는 본 발명의 다른 예들에 따른 자동 초점 이미지 센서의 화소 영역의 일부를 개략적으로 나타내는 레이아웃들이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 상부 레이아웃을 나타낸다.
도 7은 도 6의 자동 초점 이미지 센서의 하부 레이아웃을 나타낸다.
도 8은 도 6 또는 도 7을 A-A' 선과 B-B'선으로 자른 단면도들이다.
도 9a 내지 도 13a는 도 6의 상부 레이아웃을 가지는 자동 초점 이미지 센서 제조 방법을 순차적으로 나타내는 평면도들이다.
도 14a 및 도 15a는 도 7의 하부 레이아웃을 가지는 자동 초점 이미지 센서의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 평면도들이다.
도 9b 내지 도 15b는 도 8의 단면들을 가지는 자동 초점 이미지 센서의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 16은 본 발명의 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 18은a는 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 1918b는 도 18a의 자동 초점 이미지 센서를 제조하는 과정을 나타내는 단면도이다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 또 다른 예들에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 22 내지 도 24는 도 21의 자동 초점 이미지 센서를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 하부 레이아웃이다.
도 26은 도 25를 A-A'선 및 B-B'선으로 자른 단면도들이다.
도 27은 본 발명의 또 다른 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 하부 레이아웃이다.
도 28은 도 27을 A-A'선 및 B-B'선으로 자른 단면도들이다. 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서는 전면 수광 자동 초점 이미지 센서를 개시한다.
도 29는 제 1 초점 검출 영역에서 제 11 및 제 13 신호 라인들의 레이아웃을 나타낸다.
도 30은 제 2 초점 검출 영역에서 제 21 및 제 22 신호 라인들의 레이아웃을 나타낸다.
도 31 내지 도 35는 본 발명의 실시 예들에 따른 자동 초점 이미지 센서를 포함하는 디지털 영상 처리 장치의 예들을 보여준다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 나타낸다.
도 2는 도 1의 자동 초점 이미지 센서를 이용한 위상차이 화소의 AF 원리를 설명하는 도면이다.
도 3a는 초점이 맞지 않는 경우 AF 화소들의 출력값들의 위상을 보여주는 그래프이다.
도 3b는 초점이 맞은 경우 AF 화소들의 출력값들의 위상을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 회로도이다.
도 5a는 본 발명의 일 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 화소 영역의 일부를 개략적으로 나타내는 레이아웃이다.
도 5b 및 도 5c는 본 발명의 다른 예들에 따른 자동 초점 이미지 센서의 화소 영역의 일부를 개략적으로 나타내는 레이아웃들이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 상부 레이아웃을 나타낸다.
도 7은 도 6의 자동 초점 이미지 센서의 하부 레이아웃을 나타낸다.
도 8은 도 6 또는 도 7을 A-A' 선과 B-B'선으로 자른 단면도들이다.
도 9a 내지 도 13a는 도 6의 상부 레이아웃을 가지는 자동 초점 이미지 센서 제조 방법을 순차적으로 나타내는 평면도들이다.
도 14a 및 도 15a는 도 7의 하부 레이아웃을 가지는 자동 초점 이미지 센서의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 평면도들이다.
도 9b 내지 도 15b는 도 8의 단면들을 가지는 자동 초점 이미지 센서의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 16은 본 발명의 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 18은a는 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 1918b는 도 18a의 자동 초점 이미지 센서를 제조하는 과정을 나타내는 단면도이다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 또 다른 예들에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 22 내지 도 24는 도 21의 자동 초점 이미지 센서를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 하부 레이아웃이다.
도 26은 도 25를 A-A'선 및 B-B'선으로 자른 단면도들이다.
도 27은 본 발명의 또 다른 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 하부 레이아웃이다.
도 28은 도 27을 A-A'선 및 B-B'선으로 자른 단면도들이다. 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서는 전면 수광 자동 초점 이미지 센서를 개시한다.
도 29는 제 1 초점 검출 영역에서 제 11 및 제 13 신호 라인들의 레이아웃을 나타낸다.
도 30은 제 2 초점 검출 영역에서 제 21 및 제 22 신호 라인들의 레이아웃을 나타낸다.
도 31 내지 도 35는 본 발명의 실시 예들에 따른 자동 초점 이미지 센서를 포함하는 디지털 영상 처리 장치의 예들을 보여준다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 나타낸다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 디지털 영상 처리 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 디지털 영상 처리 장치(100)와 렌즈가 분리 가능한 타입으로 도시되어 있지만, 본 자동 초점 이미지 센서(108)는 분리형이 아닌 일체형으로 사용 가능하다. 또한 본 발명에 따른 자동 초점 이미지 센서(108)를 이용하면, 위상차이 AF(Auto-Focus)와 콘트라스트 AF가 가능한 디지털 영상 처리 장치(100)가 된다.
디지털 영상 처리 장치(100)는 포커스 렌즈(102)를 포함하는 촬영 렌즈(101)를 구비한다. 디지털 영상 처리 장치(100)는 초점 검출 기능을 구비하여, 포커스 렌즈(102)를 구동하는 것이 가능하다. 촬영 렌즈(101)에는 포커스 렌즈(102)를 구동하는 렌즈 구동부(103), 포커스 렌즈(102)의 위치를 검출하는 렌즈 위치 검출부(104), 포커스 렌즈(102)를 제어하는 렌즈 제어부(105)를 포함한다. 렌즈 제어부(105)는 디지털 영상 처리 장치(100)의 CPU(Central processing unit, 106)와 초점 검출에 관한 정보를 통신한다.
디지털 영상 처리 장치(100)는 자동 초점 이미지 센서(108)를 구비하여, 촬영 렌즈(101)를 통과한 피사광을 촬상해 화상 신호를 생성한다. 자동 초점 이미지 센서(108)는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 광전 변환부(미도시) 및 광전 변환부로부터 전하를 이동시켜 화상 신호를 독출하는 전송로(미도시) 등을 포함할 수 있다.
센서 제어부(107)는 타이밍 신호를 생성하여, 자동 초점 이미지 센서(108)가 화상을 촬상하도록 제어한다. 더 나아가 센서 제어부(107)는 각 주사선에서의 전하 축적이 끝나면 화상 신호를 순차적으로 독출하도록 한다.
독출된 신호는 아날로그 신호 처리부(109)를 거쳐 A/D(Analogue/Digital) 변환부(110)에 디지털 신호로 변환된 후, 화상 입력 콘트롤러(111)로 입력되어 처리된다.
화상 입력 콘트롤러(111)로 입력된 디지털 화상 신호는 AWB(auto white balance) 검출부(116), AE(auto exposure) 검출부(117), AF 검출부(118)에서 각각 AWB, AE, AF 연산을 수행한다. 여기서 AF 검출부(118)는 콘트라스트 AF 시에 콘트라스트 값에 대한 검파 값을 출력하고, 위상차이 AF 시에 화소 정보를 CPU(106)로 출력하여, 위상차이 연산을 하도록 한다. CPU(106)의 위상차이 연산은 복수의 화소 열 신호의 상관 연산을 실시하여 구할 수 있다. 위상차이 연산 결과로 초점의 위치 또는 초점의 방향을 구할 수 있다.
화상 신호는 일시 메모리인 SDRAM(Synchronous dynamic random access memory, 119)에도 저장된다. 디지털 신호 처리부(112)는 감마 보정 등 일련의 화상 신호 처리를 수행하여 디스플레이 가능한 라이브뷰 화상이나, 캡쳐 화상을 만든다. 압축 신장부(113)는 JPEG 압축 형식 도는 H.264 압축 형식 등의 압축 형식으로 화상 신호를 압축하거나 재생 시에 신장시킨다. 압축 신장부(113)에서 압축된 화상 신호를 포함한 화상 파일은 미디어 콘트롤러(121)를 통해서 메모리 카드(122)로 전송되어 저장된다.
표시용 화상 정보는 VRAM(Video random access memory, 120)에 저장되고, 그 화상을 비디오 인코더(114)를 통해 LCD(Liquid crystal display, 115)에 표시한다. 제어부로써의 CPU(106)는 각 부분의 동작을 전체적으로 제어한다. EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory, 123)은 자동 초점 이미지 센서(108)의 화소 결함 보정을 위한 정보나, 조정 정보를 저장 유지한다. 조작부(124)는 디지털 영상 처리 장치(100)의 조작을 위해, 사용자로부터 각종 명령을 입력 받는다. 조작부(124)는 셔터-릴리즈 버튼(미도시), 메인 버튼(미도시), 모드 다이얼(미도시), 메뉴 버튼(미도시) 등 다양한 버튼을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 자동 초점 이미지 센서(108)를 이용한 위상차이 화소의 AF 원리를 설명하는 도면이다.
도 2의 위상차이 AF 원리도를 참조하면, 촬영 렌즈(101)를 통과한 피사광은 마이크로 렌즈 어레이(14)을 통과하여 제 1 AF 화소(R)와 제 2 AF 화소(L)으로 유도된다. 상기 제 1 AF 화소(R)와 제 2 AF 화소(L)의 일부에는 촬영 렌즈(101)로부터 입사하는 동공(12, 13)을 제한하는 마스크(17, 18) 또는 제한된 개구부가 구비된다. 그리고 촬영 렌즈(101)의 동공 중에서, 촬영 렌즈(101)의 광 축(10)보다 위에 있는 동공(12)으로부터의 빛은 제 2 AF 화소(L)로 유도되고, 촬영 렌즈(101)의 광 축(10)보다 아래에 있는 동공(13)으로부터의 빛은 제 1 AF 화소(R)로 유도된다. 마스크 또는 개구부(17, 18)가, 마이크로 렌즈 어레이(14)에 의해 동공(12, 13) 위치에서 역 투영되는 범위의 광을 상기 제 1 AF 화소(R)와 제 2 AF 화소(L)가 수광하는 것을 동공 분할이라고 한다.
동공 분할된 화소 출력을 마이크로 렌즈 어레이(14)에 따라 상기 제 1 AF 화소(R)와 제 2 AF 화소(L)의 어레이가 연속한 출력을 그리면 도 3a 및 도 3b와 같이 된다. 도 3a 및 도 3b에서 가로축은 상기 제 1 AF 화소(R)와 제 2 AF 화소(L)의 위치이며, 세로축은 상기 제 1 AF 화소(R)와 제 2 AF 화소(L)의 출력 값이다. 각각 상기 제 1 AF 화소(R)와 제 2 AF 화소(L)의 출력 값을 보면, 같은 형상인 것을 알 수 있다. 그러나 위치 즉 위상은 다르다. 이것은 촬영 렌즈(101)의 편심된 동공(12, 13)으로부터의 광의 결상 위치가 다르기 때문에다. 따라서 초점이 맞지 않은 경우는 도 3a와 같이 위상이 어긋나 있고, 초점이 맞은 경우는 도 3b와 같이 같은 위치에 결상된다. 또한 이로부터 초점 차이의 방향도 판정할 수 있다. 피사체(object) 앞에 초점이 맞은 경우는 전 핀(front-focusing)이라고 하며, 전 핀인 경우 제 1 AF 화소(R)의 출력값의 위상은 합초(focused state) 위상보다 왼쪽으로 시프트 하고, 제 2 AF 화소(L)의 출력값의 위상은 합초 위상 보다 오른쪽으로 시프트 한다. 반대로, 피사체 뒤에 초점이 맞은 경우는 후 핀(back-focusing)이라고 하며, 후 핀인 경우 제 1 AF 화소(R)의 출력값의 위상은 합초 위상보다 오른쪽으로 시프트 하고, 제 2 AF 화소(L)의 출력값의 위상은 합초 위상보다 왼쪽으로 시프트 한다. 상기 제 1 AF 화소(R)와 제 2 AF 화소(L)의 출력 값의 위상들 간의 쉬프트 양(shift amount)은 초점들 간의 편차량으로 환산할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 상기 자동 초점 이미지 센서의 단위 화소들(UP1, UP2, UP3, UP4) 각각은 광전변환 영역(PD), 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 리셋 트랜지스터(Rx), 및 선택 트랜지스터(Ax)를 포함할 수 있다. 본 예에서 설명을 간략히 하기 위하여 인접하는 4개의 단위 화소들을 이용하여 설명하나, 실제 단위 화소들의 갯수는 이보다 많음은 자명할 것이다. 단위 화소들(UP1, UP2, UP3, UP4) 중 서로 이웃하는 적어도 두개의 단위화소들은 위상차를 검출하는데 사용되는 AF 화소들일 수 있으며, 단위 화소들(UP1, UP2, UP3, UP4) 중 상기 AF 화소들을 제외한 나머지는 이미지를 검출하는데 사용되는 이미지 화소일 수 있다.
상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 소스 팔로워 트랜지스터(Sx), 리셋 트랜지스터(Rx), 및 선택 트랜지스터(Ax)는 각각 트랜스퍼 게이트(TG), 소스 팔로워 게이트(SF), 리셋 게이트(RG) 및 선택 게이트(SEL)을 포함한다. 상기 광전변환 영역(PD)에, 광전변환부가 제공된다. 상기 광전변환부는 N형 불순물 영역과 P형 불순물 영역을 포함하는 포토다이오드일 수 있다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)의 드레인은 부유확산 영역(FD)으로 이해될 수 있다. 상기 부유확산 영역(FD)은 상기 리셋 트랜지스터(Rx, reset transistor)의 소오스일 수 있다. 상기 부유확산 영역(FD)은 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx, source follower transistor)의 소스 팔로워 게이트(SF)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)는 상기 선택 트랜지스터(Ax, selection transistor)에 연결된다.
제 1 방향(D1)으로 인접한 제 1 화소(UP1)와 제 2 화소(UP2)의 트랜스퍼 게이트들(TG)은 제 1 트랜스퍼 게이트 라인(TGL1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제 1 방향(D1)으로 인접한 제 3 화소(UP3)와 제 4 화소(UP4)의 트랜스퍼 게이트들(TG)은 제 2 트랜스퍼 게이트 라인(TGL2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제 1 화소(UP1)와 제 2 화소(UP2)의 리셋 게이트들(RG)은 제 1 리셋 게이트 라인(RGL1)에 전기적으로 연결되고, 제 3 화소(UP3)와 제 4 화소(UP4)의 리셋 게이트들(RG)은 제 2 리셋 게이트 라인(RGL2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 제 1 화소(UP1)와 제 2 화소(UP2)의 선택 게이트들(SEL)은 제 1 선택 게이트 라인(SELL1)에 전기적으로 연결되고, 제 3 화소(UP3)와 제 4 화소(UP4)의 선택 게이트들(SEL)은 제 2 선택 게이트 라인(SELL2)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 리셋 트랜지스터(Rx), 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx) 및 상기 선택 트랜지스터(Ax)는 이웃하는 화소들에 의해 서로 공유될 수 있으며, 이에 의해 집적도가 향상될 수 있다.
상기 자동 초점 이미지 센서의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 예를 들면 빛이 차단된 상태에서 제 1 및 제 2 단위 화소들(UP1, UP2)의 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인과 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 드레인에 전원전압(Vdd)을 인가하여 상기 부유확산 영역(FD)에 잔류하는 전하들을 방출시킨다. 그 후, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)를 오프(OFF)시키고, 외부로부터의 빛을 상기 광전변환 영역(PD)에 입사시키면, 상기 광전변환 영역(PD)에서 전자-정공 쌍이 생성된다. 정공은 상기 P형 불순물 주입 영역쪽으로, 전자는 상기 N형 불순물 주입 영역으로 이동하여 축적된다. 상기 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 온(ON) 시키면, 이러한 전자는 상기 부유확산 영역(FD)으로 전달되어 축적된다. 축적된 전자량에 비례하여 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 게이트 바이어스가 변하여, 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 소오스 전위의 변화를 초래하게 된다. 이때 상기 선택 트랜지스터(Ax)를 온(ON) 시키면, 신호 독출 라인(Vout)으로 전자에 의한 신호가 읽히게 된다. 그 다음 제 3 및 제 4 단위 화소들(UP3, UP4)에 대해 동일한 작업이 진행될 수 있다.
만약 상기 제 1 및 제 2 단위 화소들(UP1, UP2)이 AF 화소들이며, 상기 제 3 및 제 4 단위 화소들(UP3, UP4)이 이미지 화소라면, 먼저 상기 제 1 및 제 2 단위 화소들(UP1, UP2)과 같은 AF 화소들로부터 도 3a와 같이 출력값을 얻은 후에 이를 이용하여 도 1의 촬영 렌즈(101)의 초점을 맞춘다. 그리고 초점이 맞았는지 다시 AF 화소들로부터 도 3b와 같이 출력값이 나오는지 확인할 수 있다. 만약 도 1의 디지털 영상 처리 장치(100)가 디지털 카메라라면, 이와 같이 상기 촬영 렌즈(10)의 초점을 맞춘 후에 셔터를 누르면, 상기 제 3 및 제 4 단위 화소들(UP3, UP4)와 같은 이미지 화소들로부터 받은 출력값으로 영상이 확보될 수 있다. 이로써 선명한 화질의 영상을 얻을 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 화소 영역의 일부를 개략적으로 나타내는 레이아웃이다.
도 5a를 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서는 제 1 및 제 2 초점 검출 영역들(32, 33)과 이미지 검출 영역들(30)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 초점 검출 영역(32)은 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있고, 상기 제 2 초점 검출 영역(33)은 상기 제 1 방향(D1)과 교차하는 제 2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 상기 제 1 초점 검출 영역(32)은 위상차를 검출하는데 사용되는 서로 인접한 제 1 AF 화소들(20R)과 제 2 AF 화소들(20L)을 포함한다. 상기 제 2 초점 검출 영역(33)은 위상차를 검출하는데 사용되는 서로 인접한 제 3 AF 화소들(20D)과 제 4 AF 화소들(20U)을 포함한다. 상기 이미지 검출 영역들(30)은 이미지 화소들(21)을 포함한다. 본 예에서 상기 제 1 및 제 2 초점 검출 영역들(32, 33)은 서로 교차되어 십자 형태를 구성할 수 있다. 도 5는 화소 영역의 일부를 확대하여 도시한 것이기 때문에 상기 제 1 및 제 2 초점 검출 영역들(32, 33)의 교차점이 어느 한쪽으로 치우친 것처럼 도시되었다. 상기 초점 검출 영역들(32, 33)의 교차점은 화소 영역 전체를 볼 때, 중심부에 위치할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 초점 검출 영역들(32, 33)과 이미지 검출 영역들(30) 상에는 칼라필터 어레이가 배치될 수 있다. 상기 칼라 필터 어레이는 R(적색), G(녹색), B(청색)로 구성되는 베이어(Bayer) 패턴 어레이일 수 있으나, 보색계(예를 들면, 마젠타, 그린, 시안 및 옐로우를 이용하는 계)를 채용할 수도 있다. 상기 AF 화소들(20R, 20L, 20D, 20U) 상에 배치되는 칼라필터들은 색을 구현하기 위해 사용되는 것이 아닐 수 있다. 단지, 칼라필터 어레이 제조 공정 편의상, 상기 AF 화소들(20R, 20L, 20D, 20U) 상에 칼라필터들이 배치될 수 있다. 상기 칼라필터 어레이 상에는 마이크로 렌즈 어레이(35)가 배치된다.
상기 칼라필터 아래에 적어도 상기 AF 화소들(20R, 20L, 20D, 20U)의 수광량을 제어하는 차광 패턴이 배치된다. 이로써 상기 AF 화소들(20R, 20L, 20D, 20U)의 차광 패턴은 적어도 제 1 개구부들(332)을 포함할 수 있다. 상기 차광 패턴은 상기 이미지 화소들(21) 상에 배치되는 제 2 개구부들(330)을 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 개구부들(332)은 상기 제 2 개구부들(330)의 면적보다 좁을 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 개구부들(332)은 상기 제 2 개구부들(330)의 면적의 약 50%가 될 수 있으며, 빛이 입사되는 광 축(light axis)에 대하여 한쪽으로 치우쳐 배치될 수 있다. 인접하는 제 1 및 제 2 AF 화소들(20R, 20L)의 제 1 개구부들(332)은 서로 대칭될 수 있다. 인접하는 제 3 및 제 4 AF 화소들(20D, 20U)의 제 1 개구부들(332)은 서로 대칭되어 배치될 수 있다. 상기 차광 패턴의 제 1 개구부들(332)은 상기 AF 화소들(20R, 20L, 20D, 20U)에 입사되는 광량이, 상기 이미지 화소(21)에 입사되는 광량보다 작게 되도록 조절하는 역할을 한다.
도 5b 및 도 5c는 본 발명의 다른 예들에 따른 자동 초점 이미지 센서의 화소 영역의 일부를 개략적으로 나타내는 레이아웃들이다.
도 5b를 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서는 제 1 및 제 2 초점 검출 영역들(32, 33) 상에는 모두 녹색 칼라필터(G)만 배치될 수 있다.
또는 도 5c를 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서는 제 1 및 제 2 초점 검출 영역들(32, 33) 상에 배치되는 칼라필터(W)는 화이트 컬러 필터 또는 투명 필터일 수 있다. 즉, 상기 칼라필터(W)에는 적색, 녹색 및 청색과 같은 색을 나타내는 안료가 첨가되지 않는다. 이로써 상기 제 1 및 제 2 초점 검출 영역들(32, 33)의 AF 화소들(20R, 20L, 20D, 20U)에는 모든 파장의 빛들이 들어올 수 있어 수광량이 증가되어 광감도가 증가될 수 있다.
또는 상기 제 1 및 제 2 초점 검출 영역들(32, 33)의 AF 화소들(20R, 20L, 20D, 20U)에는 칼라필터가 없을 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 상부 레이아웃을 나타낸다. 도 7은 도 6의 자동 초점 이미지 센서의 하부 레이아웃을 나타낸다. 도 8은 도 6 또는 도 7을 A-A' 선과 B-B'선으로 자른 단면도들이다. 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서는 후면 수광 자동 초점 이미지 센서일 수 있다.
도 6 내지 8을 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서(150)는 서로 대향되는 제 1 면(51a)과 제 2 면(51b)을 포함하는 기판(51)을 포함한다. 상기 기판(51)에는 깊은 소자분리막(53)이 배치되어 AF 화소들(20)과 이미지 화소들(21)을 분리한다. 상기 AF 화소들(20)은 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한 바와 같이 제 1 및 제 2 초점 검출 영역들(32, 33)에 배치될 수 있으며, 상기 이미지 화소들(21)은 이미지 검출 영역들(30)에 배치될 수 있다. 본 예에서 상기 깊은 소자분리막(53)은 상기 기판(51)을 관통하여 상기 제 1 면(51a)과 상기 제 2 면(51b)을 연결할 수 있다. 각 화소들(20, 21)에서 상기 제 1 면(51a)에 인접하도록 얕은 소자분리막(55)이 배치되어 서로 이격된 제 1 내지 제 3 활성 영역들(AR1, AR2, AR3)을 정의할 수 있다. 상기 얕은 소자분리막(55)은 상기 제 2 면(51b)과 이격된다.
각 화소들(20, 21)의 기판(51) 내에는 상기 제 1 면(51a)에 인접하는 제 1 불순물 주입 영역(59)과 상기 제 2 면(51b)에 인접하는 제 2 불순물 주입 영역(57)으로 구성되는 광전 변환부(PD)가 배치될 수 있다. 예를 들면 상기 제 1 불순물 주입 영역(59)은 P형의 불순물로 도핑될 수 있으며, 상기 제 2 불순물 주입 영역(57)은 N형의 불순물로 도핑될 수 있다. 상기 제 1 활성 영역(AR1)에서 상기 제 1 면(51a) 상에 게이트 절연막(61)을 개재하여 트랜스퍼 게이트(TG)가 배치될 수 있다. 상기 제 2 활성 영역(AR2)에서 상기 제 1 면(51a) 상에 서로 이격된 리셋 게이트(RG), 소스 팔로워 게이트(SF) 및 선택 게이트(SEL)가 배치될 수 있다. 상기 제 1 활성 영역(AR1)에서 상기 트랜스퍼 게이트(TG)와 중첩되지 않는 상기 제 1 면(51a)에 인접하되 상기 제 2 불순물 주입 영역(57)과 이격되도록 부유 확산 영역(FD)이 배치된다. 상기 제 3 활성 영역(AR3)에서 상기 제 1 면(51a)과 인접하게 접지 영역(63)이 배치될 수 있다. 상기 부유 확산 영역(FD)에는 예를 들면 상기 제 2 불순물 주입 영역(57)과 동일한 타입인 N형의 불순물이 도핑될 수 있다. 상기 접지 영역(63)에는 상기 제 1 불순물 주입 영역(59)과 같은 타입인 P형의 불순물이 도핑되되 상기 제 1 불순물 주입 영역(59)보다 고농도로 도핑될 수 있다.
상기 기판(51)의 상기 제 1 면(51a)은 제 1 층간절연막(65)으로 덮인다. 상기 제 1 층간절연막(65)은 제 11 내지 제 17 콘택들(C11~C17)로 관통된다. 상기 제 11 콘택(C11)은 상기 트랜스퍼 게이트(TG)과 접한다. 상기 제 12 콘택(C12)은 상기 부유 확산 영역(FD)과 접한다. 상기 제 13 콘택(C13)은 상기 소스 팔로워 게이트(SF)와 접한다. 상기 제 14 콘택(C14)은 리셋 게이트(RG)의 옆의 (리셋 트랜지스터의) 소오스 영역과 접한다. 상기 제 15 콘택(C15)은 상기 리셋 게이트(RG)과 접한다. 상기 제 16 콘택(C16)은 상기 선택 게이트(SEL)과 접한다. 상기 제 17 콘택(C17)은 상기 리셋 게이트(RG)와 상기 소스 팔로워 게이트(SF) 사이의 불순물 영역(상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인과 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 드레인에 해당)과 접한다.
상기 제 1 층간절연막(65) 상에는 제 11 내지 제 15 신호 라인들(L11~L15)이 배치된다. 상기 제 11 신호라인(L11)은 상기 제 11 콘택(C11)과 접하며 상기 트랜스퍼 게이트(TG)에 전압을 인가할 수 있다. 상기 제 12 신호라인(L12)은 상기 제 12 내지 제 14 콘택들(C12~C14)과 동시에 접하여 상기 부유 확산 영역(FD), 리셋 트랜지스터의 드레인 영역 그리고 상기 소스 팔로워 게이트(SF)을 전기적으로 연결시킨다. 상기 제 13 신호 라인(L13)은 상기 제 15 콘택(C15)과 접하여 상기 리셋 게이트(RG)에 전압을 인가한다. 상기 제 14 신호 라인(L14)은 상기 제 16 콘택(C16)과 접하여 상기 선택 게이트(SEL)에 전압을 인가한다. 상기 제 15 신호 라인(L15)은 상기 제 17 콘택(C17)을 통해 상기 리셋 트랜지스터(Rx)의 드레인과 상기 소스 팔로워 트랜지스터(Sx)의 드레인에 전원전압(Vdd)을 인가할 수 있다.
상기 제 1 층간절연막(65)과 상기 제 11 내지 제 14 신호라인들(L11~L14)은 제 2 층간절연막(67)으로 덮인다. 상기 제 2 층간절연막(67)과 상기 제 1 층간절연막(65)은 제 21 및 제 22 콘택들(C21, C22)로 관통된다. 상기 제 21 콘택(C21)은 상기 접지 영역(63)과 접한다. 상기 제 22 콘택(C22)은 상기 선택 게이트(SEL) 옆의 (선택 트랜지스터의) 소오스와 접한다.
상기 제 2 층간절연막(67) 상에는 제 21 및 제 22 신호 라인들(L21, L22)이 배치된다. 상기 제 21 신호 라인(L21)은 상기 제 21 콘택(C21)과 접하여 상기 접지 영역(63)에 접지 전압을 인가한다. 상기 제 22 신호 라인(L22)은 상기 제 22 콘택(C22)과 접하며 도 4의 신호 독출 라인(Vout)에 대응될 수 있다.
상기 제 2 층간절연막(67)과 상기 제 21 및 제 22 신호 라인들(L21, L22)은 제 3 층간절연막(69)으로 덮일 수 있다. 상기 제 3 층간절연막(69)은 제 1 패시베이션막(71)으로 덮일 수 있다.
상기 기판(51)의 상기 제 2 면(51b) 상에는 고정전하막(73)이 배치될 수 있다. 상기 고정 전하막(73)은 화학양론비 보다 부족한 양의 산소 또는 불소를 포함하는 금속산화막 또는 금속 불화막으로 이루어질 수 있다. 이로써 상기 고정 전하막(73)은 음의 고정전하를 가질 수 있다. 상기 고정 전하막(73)은 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 이트륨(Y) 및 란타노이드를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 금속 산화물(metal oxide) 또는 금속 불화물(metal fluoride)로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 고정 전하막(73)은 하프늄 산화막 또는 알루미늄 불화막일 수 있다. 상기 고정전하막(73)에 의하여 상기 제 2 면(51b) 주변에 정공의 축적(hole accumulation)이 발생할 수 있다. 이로써 암전류의 발생 및 화이트 스팟(white spot)을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
상기 고정전하막(73) 상에는 제 1 절연막(75)과 제 2 절연막(77)이 차례로 적층될 수 있다. 상기 제 1 절연막(75)은 예를 들면 실리콘 산화막일 수 있다. 상기 제 2 절연막(77)은 예를 들면 실리콘 질화막일 수 있다. 상기 제 2 절연막(77)은 예를 들면 실리콘 질화막일 수 있다.
상기 제 2 절연막(77) 상에는 차광 패턴(79)이 배치될 수 있다. 상기 차광 패턴(79)은 예를 들면 불투명한 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 차광 패턴(79)은 상기 제 1 및 제 2 초점 검출 영역들(32, 33)에만 배치될 수 있다. 상기 차광 패턴(79)은 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한 바와 같이 제 1 개구부들(332)이 배치될 수 있다.
상기 차광 패턴(79) 상에는 제 2 패시베이션막(83)이 콘포말하게 적층될 수 있다. 상기 제 2 패시베이션막(83) 상에는 평탄화막(83)이 배치된다. 상기 평탄화막(83) 상에는 컬러 필터 어레이(87)이 배치되고 상기 컬러 필터 어레이(87) 상에는 마이크로 렌즈 어레이(35)가 배치될 수 있다.
본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서는 깊은 소자분리막(53)을 포함하므로써 화소들 간의 크로스 토크를 방지할 수 있다.
본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서는 후면 수광을 하기 때문에 상기 제 1 면(51a)에 인접하도록 배치되는 신호 라인들(L11~L15, L21, L22)의 배치에 제약이 없으며 상기 광전 변환부(PD)와 중첩되도록 배치될 수 있다.
다음은 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 자동 초점 이미지 센서의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 9a 내지 도 13a는 도 6의 상부 레이아웃을 가지는 자동 초점 이미지 센서 제조 방법을 순차적으로 나타내는 평면도들이다. 도 14a 및 도 15a는 도 7의 하부 레이아웃을 가지는 자동 초점 이미지 센서의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 평면도들이다. 도 9b 내지 도 15b는 도 8의 단면들을 가지는 자동 초점 이미지 센서의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 서로 대향되는 제 1 면(51a)과 제 2 면(51b)을 가지는 기판(51)에 깊은 소자분리막(53)을 형성하며 화소들을 분리한다. 이때 상기 깊은 소자분리막(53)의 하부면은 상기 제 2 면(51b)와 이격될 수 있다. 본 예에서 상기 깊은 소자분리막(53)은 실리콘 산화막과 같은 물질로 이루어질 수 있다. 상기 깊은 소자분리막(53)은 평면도상 그물망 형태로 형성될 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 이온주입 공정들을 진행하여 상기 깊은 소자분리막(53)에 의해 분리된 각 화소들의 기판(51) 내에 제 1 불순물 주입 영역(59)과 제 2 불순물 주입 영역(57)을 형성한다. 이로써 광전 변환부(PD)가 형성된다. 상기 기판(51)의 상기 제 1 면(51a)에 인접한 곳에 얕은 소자분리막(55)을 형성하여 활성 영역들(AR1, AR2, AR3)을 정의한다. 상기 얕은 소자분리막(55)은 상기 깊은 소자분리막(55) 주변의 상기 기판(51)의 일부를 제거하여 얕은 트렌치를 형성하고 이를 매립 절연막으로 채워 형성될 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 상기 제 1 활성 영역(AR1)을 가로지르는 트랜스퍼 게이트(TG)을 형성하고 상기 제 2 활성 영역(AR2)을 가로지르는 리셋 게이트(RG), 소스 팔로워 게이트(SF) 및 선택 게이트(SEL)을 형성한다. 이온 주입 공정들을 진행하여 부유 확산 영역(FD)과 접지 영역(63) 등을 형성한다. 이때 상기 제 2 활성 영역(AR2)에도 리셋 트랜지스터, 소스 팔로워 트랜지스터 및 선택 트랜지스터들의 소오스/드레인 영역으로 사용될 수 있는 불순물 영역들이 형성될 수 있다. 그리고 제 1 층간절연막(65)을 형성하여 상기 제 1 면(51a)을 덮는다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 상기 제 1 층간절연막(65)을 관통하는 제 11 내지 제 17 콘택들(C11~C17)을 형성한다. 상기 제 1 층간절연막(65) 상에 상기 제 11 내지 제 17 콘택들(C11~C17)과 각각 전기적으로 연결되는 제 11 내지 제 15 신호 라인들(L11~L15)을 형성한다. 상기 제 1 층간절연막(65) 상에 제 2 층간절연막(67)을 형성한다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 상기 제 2 층간절연막(67)과 상기 제 1 층간절연막(65)을 관통하는 제 21 및 제 22 콘택들(C21, C22)을 형성한다. 상기 제 2 층간절연막(65) 상에 제 21 및 제 22 신호 라인들(L21, L22)을 형성한다. 상기 제 2 층간절연막(65) 상에 제 3 층간절연막(69)과 제 1 패시베이션막(71)을 차례로 형성한다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 상기 제 2 면(51b)이 위로 가도록 상기 기판(51)을 뒤집는다. 그리고 상기 제 2 면(51b)에 대하여 백그라인딩 공정을 진행하여 상기 제 2 면(51b)에 인접한 상기 기판(51)의 일부를 제거하고 상기 깊은 소자분리막(53)을 노출시킨다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 상기 제 2 면(51b)의 전면 상에 고정 전하막(73)을 형성한다. 상기 고정 전하막(73) 상에 제 1 및 제 2 절연막들(75, 77)을 차례로 적층한다. 상기 제 2 절연막(77) 상에 차광 패턴(79)을 형성한다. 상기 차광 패턴(79)은 불투명한 금속막을 상기 제 2 절연막(77)의 전면에 적층한 후 이를 식각함으로써 형성될 수 있다. 또는 상기 차광 패턴(79)은 마스크 패턴(미도시) 형성, 전기 도금 및 평탄화 식각 공정등을 이용하는 다마신 공정을 이용하여 형성될 수도 있다.
후속으로 도 7 및 도 8을 참조하여 상기 차광 패턴(79) 상에 제 2 패시베이션막(83), 평탄화막(85), 컬러필터 어레이(87) 및 마이크로 렌즈(35)를 차례로 형성할 수 있다. 막을 이루는 물질등은 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같다.
본 예에서, 깊은 소자분리막(53)이 먼저 형성되었으나 공정 순서는 바뀔 수 있다. 즉, 제 1 면(51a)에 먼저 얕은 소자분리막(55)을 형성하고 트랜지스터들과 신호라인들을 형성하고 제 2 면(51b)에 대하여 백그라인딩 공정을 진행한 후에, 상기 제 2 면(51b)으로부터 기판(51)의 일부를 식각하고 절연막으로 채워 상기 깊은 소자분리막(53)을 형성할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 16을 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서에서는 깊은 소자분리막(53)이 매립 절연막(53a)과 상기 매립 절연막(53a) 내부에 배치되는 폴리실리콘 패턴(53b)으로 구성된다. 상기 폴리실리콘 패턴(53b)은 상기 기판(51)을 이루는 실리콘과 거의 같은 열팽창률을 가지므로, 물질들의 열 팽창률 차이에 의해 발생되는 물리적 스트레스를 줄일 수 있다. 그 외의 구성은 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 17을 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서에서는 깊은 소자분리막(53)이 제 1 면(51a)과 이격된다. 상기 깊은 소자분리막(53)은 상기 얕은 소자분리막(55)의 상부면과 접한다. 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서를 제조하는 과정은 다음과 같다. 도 9b의 단계 후에, 깊은 소자분리막(53)의 일부와 이에 인접한 기판(51)을 동시에 식각하여 얕은 트렌치를 형성하고 이를 매립 절연막으로 채움으로써 상기 얕은 소자분리막(55)을 형성할 수 있다. 그 외의 구성은 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 18a는 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 18a를 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서에서는 깊은 소자분리막(53i)이 고정 전하막(73)과 제 1 절연막(75)으로 이루어질 수 있다. 상기 고정 전하막(73)은 예를 들면 하프늄산화막일 수 있다. 상기 제 1 절연막(75)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다. 상기 고정 전하막(73)은 제 2 면(51b) 뿐만 아니라 광전 변환부(PD)의 측면을 모두 감싸도록 형성되어 암전류 특성을 더욱 개선시킬 수 있다. 그 외의 구성은 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 18b는 도 18a의 자동 초점 이미지 센서를 제조하는 과정을 나타내는 단면도이다.
도 18b를 참조하면, 도 14b의 상태에서 상기 깊은 소자분리막(53)을 선택적으로 제거하여 깊은 트렌치(T1)를 형성한다. 그리고 상기 제 2 면(51b)의 전면 상에 고정 전하막(73)과 제 1 절연막(75)을 콘포말하게 형성하여 상기 깊은 트렌치(T1)를 채운다. 도 14b의 깊은 소자분리막(53)은 이때 희생막 패턴으로써 사용될 수 있다. 이로써 상기 깊은 트렌치(T1)를 형성하기 위한 별도의 식각 마스크를 필요로 하지 않으며, 오정렬 문제를 해결할 수 있다. 그 외의 제조 공정은 도 9b 내지 도 15b를 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 또 다른 예들에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 19a를 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서에서는 깊은 소자분리막(53m)이 고정 전하막(73)과 에어갭 영역(AG)으로 이루어질 수 있다. 상기 에어갭 영역(AG)은, 도 18a의 자동 초점 이미지 센서를 제조하는 과정에서 제 1 보호막(25)을 스텝 커버리지 특성이 상대적으로 나쁜, PVD(physical vapor deposition)와 같은 증착 방법을 이용하여 형성할 경우, 형성될 수 있다. 그 외의 구성은 도 18a를 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
또는 도 19b를 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서에서는 깊은 소자분리막(53n)은 고정 전하막(73), 제 1 절연막(75) 및 갭필 보조막(76)을 포함할 수 있다. 상기 고정 전하막(73)은 예를 들면 하프늄 산화막일 수 있다. 상기 제 1 절연막(75)은 예를 들면 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다. 상기 갭필 보조막(76)은 예를 들면 하프늄 산화막일 수 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 20을 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서에서는 깊은 소자분리막(53j)이 매립 절연막(53a), 폴리실리콘 패턴(53b), 고정 전하막(73) 및 제 1 절연막(75)으로 구성될 수 있다. 상기 고정 전하막(73)은 상기 매립 절연막(53a)과 상기 폴리실리콘 패턴(53b)와 동시에 접할 수 있다.
도 20의 자동 초점 이미지 센서를 제조하는 과정은 도 16과 도 18의 자동 초점 이미지 센서를 제조하는 과정을 조합함으로써 실현될 수 있다. 즉, 최초 깊은 소자분리막(53)을 상기 매립 절연막(53a)과 상기 폴리실리콘 패턴(53b)으로 형성하고, 깊은 트렌치(T1)를 형성할 때 상기 최초 깊은 소자분리막(53)의 일부를 남긴 상태에서 고정 전하막(73)과 제 1 절연막(75)을 형성할 수 있다. 그 외의 제조 공정은 도 9b 내지 도 15b를 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 21은 본 발명의 또 다른 예에 따라 도 6 또는 도 7을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 21을 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서에서는 깊은 소자분리막(53k)은 제 1 서브 깊은 소자분리막(53c)과 제 2 서브 깊은 소자분리막(53d)으로 구성될 수 있다. 상기 서브 깊은 소자분리막들(53d, 53c)은 실리콘 산화막, 폴리실리콘막, 및 고정 전하막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 22 내지 도 24는 도 21의 자동 초점 이미지 센서를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 22를 참조하면, 기판(51)에 제 1 서브 깊은 소자분리막(53c)을 형성한다. 상기 제 1 서브 깊은 소자분리막(53c)은 제 1 면(51a)에 인접하도록 형성되며 제 2 면(51b)으로부터는 이격된다. 상기 기판(51)에 얕은 소자분리막(55)을 형성한다. 이때 상기 얕은 소자분리막(55)은 상기 제 1 서브 깊은 소자분리막(53c) 보다 얕게 형성될 수 있다.
도 23을 참조하면, 상기 제 1 면(51a)에 트랜지스터들과 배선들(L11~L17, L21, L22), 층간절연막들(65, 67, 69), 및 제 1 패시베이션막(71)을 형성한 후에 뒤집어서 상기 제 2 면(51b)에 대하여 백그라인딩 공정을 진행한다. 이때 상기 제 1 서브 깊은 소자분리막(53c)가 노출되지 않는다.
도 24를 참조하면, 상기 기판(51)의 상기 제 2 면(51b)에 인접한 부분을 식각하여 상기 제 1 서브 깊은 소자분리막(53d)을 노출시키는 깊은 트렌치(T2)를 형성한다. 이때 상기 깊은 트렌치(T2)의 깊이는 도 19의 깊은 트렌치(T1)의 깊이보다 얕을 수 있다.
후속으로 도 21을 참조하여, 상기 깊은 트렌치(T2)를 제 2 서브 깊은 소자분리막(53d)으로 채운다. 그 외의 제조 공정은 도 9b 내지 도 15b를 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 제조 방법에서는 기판(51)을 제 1 면(51a)으로부터 소정 깊이 뚫고 다시 제 2 면(51b)으로부터 소정 깊이를 뚫는다.따라서 원하는 깊이의 깊은 소자분리막을 형성하기 위하여 기판(51)을 식각해야 하는 깊이가 줄어들게 된다. 이로써 식각 공정의 부담을 줄일 수 있다. 또한, 매립해야 하는 깊은 트렌치들의 깊이가 줄어들게 되어 막의 갭필(gap-fill)특성을 향상시킬 수 있다.
도 25는 본 발명의 또 다른 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 하부 레이아웃이다. 도 26은 도 25를 A-A'선 및 B-B'선으로 자른 단면도들이다.
도 25 및 도 26을 참조하면, 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서에서는 차광 패턴(79)이 이미지 검출 영역(30)으로 연장될 수 있다. 상기 차광 패턴(79)은 상기 깊은 소자분리막(53)과 중첩될 수 있으며 그물망 형태를 가질 수 있다. 상기 차광 패턴(79)은 이미지 화소를 노출시키는 제 2 개구부들(330)을 더 포함할 수 있다. 상기 이미지 검출 영역(30)에서 상기 차광 패턴(79)은 크로스 토크를 방지할 수 있다.
상기 차광 패턴(79)은 접지 전압 또는 기준 전압에 연결될 수 있다. 이로써 상기 자동 초점 이미지 센서를 더욱 안정적으로 동작시킬 수 있다.
도 27은 본 발명의 또 다른 예에 따른 자동 초점 이미지 센서의 하부 레이아웃이다. 도 28은 도 27을 A-A'선 및 B-B'선으로 자른 단면도들이다. 본 예에 따른 자동 초점 이미지 센서는 전면 수광 자동 초점 이미지 센서를 개시한다.
도 27 및 도 28을 참조하면, 서로 대향되는 제 1 면(51a)과 제 2 면(51b)을 포함하는 기판(51)에 깊은 소자분리막(53)이 배치되어 화소들을 분리한다. 상기 제 1 면(51a)에 얕은 소자분리막(55)이 배치되어 활성 영역들(AR4, AR5)을 한정한다. 상기 제 1 면(51a) 상에 에 트랜스퍼 게이트(TG), 리셋 게이트(RG), 소스 팔로워 게이트(SF) 및 선택 게이트(SEL)이 배치된다. 상기 트랜스퍼 게이트(TG) 일측에 광전 변환부(PD)가 배치되며 다른 측에 부유 확산 영역(FD)가 배치된다. 상기 제 1 면(51a) 상에는 콘택들(C11~C17, C21, C22), 신호 라인들(L11~L15, L21, L22), 층간절연막들(65, 67, 69), 칼라필터 어레이(87) 및 마이크로 렌즈 어레이(35)가 배치된다. 상기 제 2 면(51b) 상에는 고정 전하막(73), 제 1 절연막(75) 및 제 2 절연막(77)이 차례로 배치될 수 있다. 상기 제 2 절연막(77)은 패시베이션막 역할을 할 수 있다.
본 예에 있어서, 이미지 검출 영역(30)에서는 신호 라인들(L11~L15, L21, L22)은 광전 변환부(PD)와 가급적 중첩이 되지 않도록 배치되어 상기 광전 변환부(PD) 안으로 입사되는 빛의 경로를 방해하지 않도록 한다. 그러나 초점 검출 영역들(32, 33)에서 일부 신호 라인들(L11a, L22a)은 신호 전달 역할 뿐만 아니라 차광 패턴 역할도 동시에 할 수 있다. 이를 위해 초점 검출 영역들(32, 33)에서 일부 신호 라인들(L11a, L22a)의 형태는 차광 패턴 기능을 위하여 변형될 수 있다.
도 29는 제 1 초점 검출 영역에서 제 11 및 제 13 신호 라인들의 레이아웃을 나타낸다.
도 26, 도 27 및 도 29를 참조하면, 상기 제 1 초점 검출 영역(32)에서 제 11 신호 라인(L11a)은 AF 화소의 광전변환부(PD)와 중첩되도록 돌출된 제 1 돌출부(L11b)를 포함할 수 있다. 이로써 상기 제 1 초점 검출 영역(32)에서 상기 제 11 신호 라인(L11a)은 이웃하는 제 13 신호 라인(L13)과 더불어 도 5a 내지 도 5c의 제 1 개구부들(332)과 유사한 형태를 제공할 수 있다.
도 30은 제 2 초점 검출 영역에서 제 21 및 제 22 신호 라인들의 레이아웃을 나타낸다.
도 26, 도 27 및 도 30을 참조하면, 상기 제 2 초점 검출 영역(33)에서 제 22 신호 라인(L22a)은 AF 화소의 광전변환부(PD)와 중첩되도록 돌출된 제 2 돌출부(L22b)를 포함할 수 있다. 이로써 상기 제 2 초점 검출 영역(33)에서 상기 22 신호 라인(L22a)은 이웃하는 제 21 신호 라인(L21)과 더불어 도 5a 내지 도 5c의 제 1 개구부들(332)과 유사한 형태를 제공할 수 있다.
그 외의 구성 및 제조 과정은 도 6 내지 도 15b를 참조하여 설명한 바와 동일/유사할 수 있다.
도 31 내지 도 35는 본 발명의 실시 예들에 따른 자동 초점 이미지 센서를 포함하는 디지털 영상 처리 장치의 예들을 보여준다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예들에 따른 디지털 영상 처리 장치는, 도 31에 도시된 바와 같이 모바일 폰 또는 스마트 폰(2000)에 적용될 수 있고, 도 32에 도시된 바와 같이 태블릿 또는 스마트 태블릿(3000)에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 디지털 영상 처리 장치는 도 33에 도시된 바와 같이 노트북 컴퓨터(4000)에 적용될 수 있고, 도 34에 도시된 바와 같이 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(5000)에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시 예들에 따른 디지털 영상 처리 장치는 도 35에 도시된 바와 같이 디지털 카메라 또는 디지털 캠코더(6000)에 적용될 수 있다.
도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 이미지 센서를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 나타낸다.
도 36을 참조하면, 상기 전자 시스템(1000)은 MIPI 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA, PMP, 또는 스마트 폰으로 구현될 수 있다.
상기 전자 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(1010), 이미지 센서(1040), 및 디스플레이(1050)를 포함한다. 상기 이미지 센서(1040)는 본 발명에서 설명한 자동 초점 이미지 센서일 수 있다.
어플리케이션 프로세서(1010)에 구현된 CSI 호스트(1012)는 카메라 시리얼 인터페이스(camera serial interface(CSI))를 통하여 이미지 센서(1040)의 CSI 장치(1041)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, 상기 CSI 호스트(1012)에는 광 디시리얼라이저가 구현될 수 있고, CSI 장치(1041)에는 광 시리얼라이저가 구현될 수 있다.
어플리케이션 프로세서(1010)에 구현된 DSI 호스트(1011)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(display serial interface(DSI))를 통하여 디스플레이(1050)의 DSI 장치(1051)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, DSI 호스트(1011)에는 광 시리얼라이저가 구현될 수 있고, DSI 장치(1051)에는 광 디시리얼라이저가 구현될 수 있다.
전자 시스템(1000)은 어플리케이션 프로세서(1010)와 통신할 수 있는 RF 칩(1060)을 더 포함할 수 있다. 전자 시스템(1000)의 PHY(1013)와 RF 칩(1060)의 PHY(1061)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
전자 시스템(1000)은 GPS(1020), 스토리지(1070), 마이크(1080), DRAM(1085) 및 스피커(1090)를 더 포함할 수 있으며, 상기 전자 시스템(1000)은 Wimax(1030), WLAN(1100) 및 UWB(1110) 등을 이용하여 통신할 수 있다.
상술한 설명들은 본 발명의 개념을 예시하는 것들이다. 또한, 상술한 내용은 본 발명의 개념을 당업자가 쉽게 이해할 수 있도록 구현한 예들을 나타내고 설명하는 것일 뿐이며, 본 발명은 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용될 수 있다. 즉, 본 발명은 본 명세서에 개시된 발명의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 및 수정 등이 가능할 수 있다. 또한, 상술한 실시예들은 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능할 수 있다. 따라서, 상술한 발명의 상세한 설명은 개시된 실시예들은 본 발명을 제한하지 않으며, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함한다.
53, 53i, 53j, 53k: 깊은 소자 분리막
55: 얕은 소자 분리막
PD: 광전변환부
FD: 부유 확산 영역
TG: 트랜스퍼 게이트
RG: 리셋 게이트
SF: 소스 팔로워 게이트
SEL: 선택 게이트
51: 기판
51a: 전면
51b: 후면
51b: 폴리실리콘 패턴
65, 67, 69: 층간절연막
L11~L17, L21, L22: 신호 라인들
73: 고정 전하막
87: 컬러필터 어레이
35: 마이크로 렌즈 어레이
T1, T2: 깊은 트렌치
55: 얕은 소자 분리막
PD: 광전변환부
FD: 부유 확산 영역
TG: 트랜스퍼 게이트
RG: 리셋 게이트
SF: 소스 팔로워 게이트
SEL: 선택 게이트
51: 기판
51a: 전면
51b: 후면
51b: 폴리실리콘 패턴
65, 67, 69: 층간절연막
L11~L17, L21, L22: 신호 라인들
73: 고정 전하막
87: 컬러필터 어레이
35: 마이크로 렌즈 어레이
T1, T2: 깊은 트렌치
Claims (20)
- 제 1 화소;
제 1 색을 가지는 제 1 필터 아래에 위치하는 제 2 화소;
상기 제 1 색과 다른 제 2 색을 가지는 제 2 필터 아래에 위치하는 제 3 화소;
상기 제 1 색을 가지는 제 3 필터 아래에 위치하는 제 4 화소;
제 5 화소;
상기 제 3 화소에 바로 인접한 제 6 화소;
상기 제 3 화소에 바로 인접한 제 7 화소; 및
상기 제 1 화소 및 상기 제 5 화소 상의 차광 패턴을 포함하되,
상기 제 1 내지 상기 제 7 화소들은 각각 제 1 반 부분(half portion)과 제 2 반 부분을 가지고,
상기 차광 패턴은 상기 제 1 화소의 상기 제 1 반 부분을 노출시키는 제 1 개구부와 상기 제 5 화소의 상기 제 2 반 부분을 노출시키는 제 2 개구부를 가지고,
상기 제 1 내지 상기 제 5 화소들은 제 1 방향을 따라 차례로 배열되고,
상기 제 6 화소, 상기 제 3 화소 및 상기 제 7 화소는 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 차례로 배열되고,
상기 제 1 화소 및 상기 제 5 화소는 AF(Auto-focus) 화소들이고,
상기 제 6 화소 및 상기 제 7 화소는 이미지 화소들인 자동 초점 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 색은 녹색인 자동 초점 이미지 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 화소는 녹색을 가지는 제 4 필터 아래에 위치하고,
상기 제 5 화소는 상기 녹색을 가지는 제 5 필터 아래에 위치하는 자동 초점 이미지 센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 색은 녹색인 자동 초점 이미지 센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 화소에 바로 인접한 제 8 화소; 및
상기 제 1 화소에 바로 인접한 제 9 화소를 더 포함하되,
상기 제 8 화소, 상기 제 1 화소 및 상기 제 9 화소는 상기 제 2 방향을 따라 차례로 배열되고,
상기 제 8 화소는 제 3 색을 가지는 제 6 필터 아래에 배치되고,
상기 제 9 화소는 상기 제 3 색을 가지는 제 7 필터 아래에 배치되는 자동 초점 이미지 센서. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 5 화소에 바로 인접한 제 10 화소; 및
상기 제 5 화소에 바로 인접한 제 11 화소를 더 포함하되,
상기 제 10 화소, 상기 제 5 화소 및 상기 제 11 화소는 상기 제 2 방향으로 차례로 배열되고, 그리고
상기 제 10 화소는 상기 제 3 색을 가지는 제 8 필터 아래에 배치되고,
상기 제 11 화소는 상기 제 3 색을 가지는 제 9 필터 아래에 배치되는 자동 초점 이미지 센서. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 3 색은 적색인 자동 초점 이미지 센서. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 화소와 상기 제 8 화소 사이의 분리 패턴을 더 포함하는 자동 초점 이미지 센서. - 제 8 항에 있어서,
상기 분리 패턴은 에어 갭을 포함하는 자동 초점 이미지 센서. - 제 1 색을 가지는 제 1 필터 아래에 배치되는 제 1 화소;
상기 제 1 색과 다른 제 2 색을 가지는 제 2 필터 아래에 배치되는 제 2 화소, 상기 제 2 화소는 상기 제 1 화소와 접하고;
상기 제 1 색을 갖는 제 3 필터 아래에 배치되는 제 3 화소, 상기 제 3 화소는 상기 제 2 화소와 접하고;
상기 제 2 색을 가지는 제 4 필터 아래에 배치되는 제 4 화소, 상기 제 4 화소는 상기 제 3 화소와 접하고;
상기 제 3 화소 바로 옆에 배치되는 제 5 화소;
상기 제 3 화소 바로 옆에 배치되는 제 6 화소; 및
상기 제 1 화소 및 상기 제 3 화소 위의 차광 패턴을 포함하되,
상기 제 1 내지 상기 제 6 화소들은 각각 제 1 반 부분(half portion)과 제 2 반 부분을 가지고,
상기 차광 패턴은 상기 제 1 화소의 상기 제 1 반 부분을 노출시키는 제 1 개구부와 상기 제 3 화소의 상기 제 1 반 부분을 노출시키는 제 2 개구부를 가지고,
상기 제 1 내지 상기 제 4 화소들은 제 1 방향으로 차례로 배열되고,
상기 제 5 화소, 상기 제 3 화소 및 상기 제 6 화소는 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 차례로 배치되고,
상기 제 5 화소와 상기 제 6 화소는 이미지 화소이고, 그리고
상기 제 1 화소와 상기 제 3 화소는 AF 화소들인 자동 초점 이미지 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 색은 녹색인 자동 초점 이미지 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 화소 바로 옆에 배치되는 제 7 화소; 및
상기 제 2 화소 바로 옆에 배치되는 제 8 화소를 더 포함하되,
상기 제 7 화소, 상기 제 2 화소 및 상기 제 8 화소는 상기 제 2 방향을 따라 차례로 배열되고,
상기 제 7 화소는 상기 제 1 색을 가지는 제 5 필터 아래에 배치되고,
상기 제 8 화소는 상기 제 1 색을 가지는 제 6 필터 아래에 배치되는 자동 초점 이미지 센서. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 색은 녹색인 자동 초점 이미지 센서. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 2 화소 및 상기 제 7 화소 사이의 분리 패턴을 더 포함하는 자동 초점 이미지 센서. - 제 14 항에 있어서,
상기 분리 패턴은 에어갭을 포함하는 자동 초점 이미지 센서.
- 삭제
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| US17/005,426 US20200396390A1 (en) | 2014-06-23 | 2020-08-28 | Auto-focus image sensor and digital image processing device including the same |
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